[发明专利]耐热球墨铸铁及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种球墨铸铁材料以及该球墨铸铁的生产工艺，尤其是一种用于生产汽车发动机用的排气歧管、涡轮增压器壳体、催化剂箱等排气系统零部件的耐热球墨铸铁。

背景技术

目前，耐热铸铁使用最广的是中高硅球铁、中硅钼蠕铁以及高镍奥氏体铸铁。现有的铁素体球墨铸铁具有良好的铸造性能及优异的切削性能，而且制造成本低，但是在耐氧化性、耐热裂纹性等耐热性能上有较大的局限，使用温度不到800℃。近年来，随着汽车发动机的高性能化及燃料利用率提高，废气的排放温度不断在上升，要求排气系统零件的额温度至少在800℃以上，这使得普通的高硅铁素体耐热铸铁应用受到了很大的限制。排气系统零件为了应对超过800℃的温度，可以采用耐热性更优异的含Ni20-40%的高镍球铁（D5S、D3.5S等），或含Cr18%、Ni8%以上的奥氏体不锈钢铸钢，来替代现有的高Si铁素体球墨铸铁。但是，高镍奥氏体球铁和不锈钢铸钢，因为含有昂贵的Ni和Cr，成本过高，且铸造性能较差，很容易因为冷隔、气孔、夹杂等缺陷造成废品。因此，为了满足排气系统零件耐热性能的要求，同时提高产品竞争力和企业经济效益，迫切需要开发一种高性能低成本耐热铸铁材料。

中国专利文献CN1926255公开了一种耐热铸铁及由其构成的排气系统零件，可以在超过800℃的温度下使用，成分中含Si：3.5%～5.6%及W：1.2%～15%，在石墨和基材组织的边界具有W及Si浓缩的中间层，是典型的Si-W型耐热铸铁。但是，该耐热铸铁的石墨形态可以为球状或蠕虫状，由于石墨形态的不同，该耐热铸铁的力学性能也会有较大的差异，且当石墨形态为蠕虫状时，材质的氧化速度较快，从而使得材质的耐热性有所降低。

中国专利文献CN101165200公开了一种具有高温强度和高抗氧化性的高硅铁素体耐热铸铁，成分中含Si：5%～7%，Cr：0.01%～0.1%，Si的含量很高，导致材料的脆性大，加工较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优异的高温抗氧化性、高温抗裂纹性及热疲劳性能，且力学性能优异、生产成本较低的耐热球墨铸铁以及该耐热球墨铸铁的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是一种耐热球墨铸铁，合金的组分及其质量百分比为：C：2.7%～3.5%，Si：4.0%～5.0%，W：1.5%～3.5%，Mg：0.02%～0.05%，V：0.1%～0.5%，Re：<0.03%，Mo：0.15%～0.6%，Mn：0.05%～1.0%，P：≤0.03%，S：≤0.02%，余量为铁和不可避免的杂质。

上述技术方案的一种优选是：金相组织中形状Ⅴ的石墨和形状Ⅵ的石墨的数量在石墨总量中的占比≥85%，铁素体在基体组织中的占比≥80%。

上述技术方案的进一步优选是：金相组织中Ⅴ型石墨和Ⅵ型石墨的数量在石墨总量中的占比≥95%，Ⅵ型石墨的数量在石墨总量中的占比≥80%，铁素体在基体组织中的占比≥85%。

上述技术方案的一种优选是：上述V的质量百分比含量为0.15%～0.25%。

上述技术方案的一种优选是：上述Mn的质量百分比含量为0.1%～0.2%。

上述技术方案的一种优选是：上述W的质量百分比含量为2%～3%。

上述技术方案的一种优选是：上述Mo的质量百分比含量为0.15%～0.38%。

上述技术方案的一种优选是：上述Re的质量百分比含量为0.01%～0.03%。

上述技术方案的一种优选是：上述Mg的质量百分比含量为：0.03%～0.04%。

上述技术方案的一种进一步的优选是：上述合金的组分中还包括Nb，所述Nb的质量百分比含量为0.1%～1.0%；进一步优选：所述Nb的质量百分比含量为0.1%～0.8%；更进一步优选：所述Nb的质量百分比含量为0.1%～0.5%。

实现本发明目的的技术方案是上述耐热球墨铸铁的制备方法，包括以下步骤：

A.合金熔炼：根据合金的组分和含量进行配料，先将增碳剂、生铁、废钢、钨铁、钼铁装入感应电炉内，待全部熔成铁水后进行除渣、扒渣、保温、光谱成分分析，当铁水温度升至1440℃～1480℃时加入锰铁、硅铁、钒铁；

B.出铁水、孕育和球化处理：当铁水温度升至1500℃～1550℃时，扒渣后迅速出铁水，采用冲入法进行球化处理，球化剂的加入量占铁水总质量的1.2%～1.6%，当出铁水的质量占铁水总质量的2/5时，进行随流孕育处理，出铁水时随流孕育剂的加入量占铁水总质量的0.3%～0.8%；